樊小勇

高中生科学素养的培养是当今科学教育改革备受关注的主题。使学生理解科学本质是科学素养的重要组成部分，是实现科学教育目标的关键因素。如何将这些科学本质的共识落实到科学课堂中，本人以“元素周期律”教学设计为例，探讨基于科学本质的“元素周期律”教学设计。

一、教材分析

1.本单元内容的地位和作用

本课题选自苏教版高中《化学2（必修）》专题一第一单元“原子核外电子排布与元素周期律”的内容。本单元内容在教材中所处的地位和作用：

通过初三和必修I的学习，学生已经基本具备了一定的无机化学基础知识。例如，初三学习的原子的构成、核外电子排布、元素周期表简介等一些基本的物质结构知识，这些为本单元的学习奠定了一定的基础。在本单元中，这些知识将更加细化，理论性更强，体系更加完整。通过《元素周期律》的学习，可以使学生对于所学元素化合物等知识进行综合、归纳。同时，作为理论指导，学生能更好地把无机化学知识系统化、网络化。在物质结构的基础上，将元素周期表的学习和元素周期律的学习结合起来，将学生在初中和必修I中所学习的氧化还原反应和许多元素化合物的知识融会贯通。总之，本单元的内容既是必修的重要理论内容，可为今后有志深入学习化学的同学打下一定的基础。

2.对教学内容的分析

元素周期律是高中化学的基础理论内容，但是元素性质的周期性变化可以从资料进行分析而得出，所以要注意激发学生的学习主动性，让学生去分析图表、资料获取信息。具体来说，原子的最外层电子数、原子半径的周期性变化可通过表格和函数图像来呈现。元素周期律反映的是原子的最外层电子数、元素的化合价、原子半径、元素的金属性非金属性的周期性变化，而元素性质的周期性变化的根本原因是原子的核外层电子排布的周期性变化。所以，要引导学生利用前一课时所学的原子结构知识来探究元素周期律的本质原因，强化“结构决定性质”这一重点。

3.教学目标和教学重、难点

基于对教材结构和内容的深刻理解，结合《高中化学课程标准》的说明，确定了三维教学目标：

（1）知识与技能目标：能结合有关数据和实验事实认识元素周期律。

（2）过程与方法目标：通过图表来呈现原子的最外层电子数、原子半径的周期性变化。

（3）情感态度与价值观目标是本节课的重点，该目标的主要内容是理解元素原子核外电子排布、原子半径、元素的主要化合价周期性变化规律，并且能够梳理它们之间的联系。

二、教学过程

生活中计时，一天以小时为序排列体现周期性，我们今天要学习的内容是元素周期律，那么，元素以什么为序排列表现出周期性呢？我们在《化学1》中学习过许多元素化合物的性质，它们之间是否有规律？这一规律是否就是周期性变化呢？

由于目前我们已经发现的元素有一百多种，为了研究方便，人们习惯上对元素进行编号。由于在化学反应中原子核是不会变化的，所以人们按核电荷数由小到大的顺序进行编号，这种编号称为原子序数。

提问：根据原子序数的规定方法，该序数与原子组成的哪些粒子数有关系？有什么关系？

板书：元素周期律

原子序数=核电荷数=质子数=原子核外电子数

1.最外层电子排布的周期性变化

提问：从课本第2页图1-2核电荷数为1-18的元素原子结构示意图，你认为原子核外最外层电子排布随原子序数的递增有什么规律性的变化？同时可以参照课本第3页图1-3以核电荷数为横坐标最外层电子数为纵坐标的变化规律。

板书：随原子序数的递增原子核外最外层电子排布呈现周期性变化。

过渡：元素原子的最外层电子数决定了什么？与哪些化学性质有关呢？

2.元素化合价的周期性变化

提问：仔细观察课本第6页表1-5：11～17号元素的最高正化合价和最外层电子数，已列在此表上，思考：元素的最高正价与什么有关？再结合表1-4元素的最高正价与最低负价之间有什么联系？

板书：元素的最高正价=最外层电子数（O、F及稀有气体元素除外）

元素的负化合价（非金属具有）=8-最外层电子数

小结：随着原子序数的递增，元素的化合价呈周期性变化（+1→+7、-4→-1）。元素原子的最外层电子数决定元素的主要化合价。

结论：随着原子序数的递增，元素化合价呈现周期性的变化。

3.元素原子半径的周期性变化。

（学生观察课本第4页表1-2原子序数为3～9和11～17号元素的原子半径数据）

提问：从表中的数据看，你认为元素原子半径随原子序数的递增呈现什么规律性的变化？（稀有气体元素的原子半径暂不考虑，因为稀有气体的原子半径的测定方法与其他元素原子半径的测定方法不同）

小结：当原子的电子层数相同时，随着原子序数的递增，元素原子半径呈周期性变化。（由大到小）

结论：随着原子序数的递增，元素原子半径呈现周期性的变化。

提问：元素的原子的大小由什么来决定呢？原子是一个实心的球吗？请回顾上学期所学知识。

小结：原子的大小（即原子半径的大小）由电子的运动区域来决定。元素的原子的半径随着电子层数递增而增大；电子层数相同的元素的原子半径随着电子数的递增而减少。

提问：当原子的电子层数不同而最外层电子数相同时，你认为元素原子半径随原子序数的递增会呈现什么规律性的变化？

（元素原子半径会随原子序数的递增而逐渐增大。）

提问：当原子的电子层数相同时，为什么随着原子序数的递增，元素原子半径会逐渐减小？元素原子的半径大小受哪些因素的影响呢？

小结：当原子的电子层数相同时，元素原子的半径大小主要取决于原子核对外层电子的引力大小。随着原子序数的递增，原子核所带的正电荷数逐渐增大，核外电子所带的负电荷数也逐渐增大，两者之间的引力也在逐渐增大，所以原子半径逐渐减小。

板书：半径比较的规律：

（1）最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大；

（2）原子电子层数相同时，原子序数越大，半径越小。

小结：学习了随着原子序数的递增，原子的最外层电子数、主要化合价及原子半径的变化规律，为我们下一节课学习元素周期律打下基础。原子半径能够影响元素的哪些性质？下堂课我们将继续学习。

4.布置作业

元素周期律的有关练习。

三、教学反思

对科学本质教育的探讨多是将科学本质要素贯穿于具体知识教学中。在教学设计中，先让学生在前1个课时通过对元素性质和原子结构关系的探究，归纳出元素原子结构决定元素性质。元素周期律主要包含随着原子序数的递增，原子的最外层电子数、主要化合价、原子半径及元素的金属性和非金属性的周期性变化规律。通过学习探究元素的本质：原子结构与元素性质之间的关系，元素周期律和其所蕴含的科学本质要素都是教学的重点、难点，这种处理还能够有效分散教学难点。用好苏教版必修2教材中的图表，引导学生如何用好教材，方便学生理解。

对元素周期律的正确认识（元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化）是学生要掌握的一个重要内容，是化学学科的重要规律，对指导元素化合物学习有着重要作用，在教学中必须重视。

（作者单位：浙江省慈溪实验高级中学）